JP2003183480A

JP2003183480A - 液状エポキシ樹脂組成物及びフリップチップ型半導体装置

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Publication number: JP2003183480A
Application number: JP2001391197A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Sumida; 和昌隅田; Haruyoshi Kuwabara; 治由桑原; Takeshi Honda; 剛本田; Toshio Shiobara; 利夫塩原
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2021-12-25
Also published as: JP3871032B2

Abstract

(57)【要約】【解決手段】（ａ）液状エポキシ樹脂（ｂ）硬化剤
（ｃ）硬化促進剤（ｄ）アビエチン酸及びその誘導体か
ら選ばれる１種又は２種以上を必須成分とし、上記
（ｄ）成分を（ａ），（ｂ）成分の合計１００重量部に
対して０．５〜５重量部含有することを特徴とする液状
エポキシ樹脂組成物、及びこの硬化物で半田接続と同時
に封止、熱硬化されたフリップチップ型半導体装置。【効果】本発明の液状エポキシ樹脂組成物は、半導体
素子を基板に接続する際に、半田接続と同時に硬化させ
ても、ボイドの発生がなく、シリコンチップの表面との
密着性に優れ、高温多湿の条件下でも劣化せず、熱衝撃
に対して優れており、この封止材を用いた半導体装置は
非常に信頼性の高いものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体封止用とし
て好適で、シリコンチップの素子表面（特に感光性ポリ
イミド、窒化膜）との密着性が非常に良好であり、耐湿
性の高い硬化物を与え、かつ熱衝撃に対して優れた半導
体装置のノンフローアンダーフィル材となり得る液状エ
ポキシ樹脂組成物、及びこのノンフローアンダーフィル
材の硬化物にて封止されたフリップチップ型半導体装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電子材
料分野において半導体デバイスが高集積化、高性能化、
軽量化していく中で、フリップチップ接続方式を採用し
た半導体装置が広く用いられるようになってきている。
フリップチップ方式による接続方法は、シリコンチップ
の素子面と有機基板の間に共晶半田等を用いて接続した
のち、毛細管現象を利用してアンダーフィル材料をシリ
コンチップと基板の狭部に侵入させて硬化させることで
シリコンチップの固定化と信頼性の確保を行うものであ
る。このためアンダーフィル材料に対する要求も応力特
性、耐湿特性などを中心に要求が高度化している。特に
フリップチップ接続においては、シリコンチップの膨張
係数は３ｐｐｍ／℃、有機基板などは１７ｐｐｍ／℃と
膨張係数の差が大きいことから、非常に大きな剪断応力
が半田バンプ部に発生する。これはシリコンチップと基
板の間にアンダーフィル材料を注入硬化させることによ
り、半田接合部位における応力を低くすることが可能と
なる。また、耐湿信頼性や機械的な面からもアンダーフ
ィル材料が有効であると期待されている。

【０００３】しかしながら、半導体素子の高集積化に伴
い、ダイサイズの一辺が１０ｍｍ、２０ｍｍを超えるも
のもあり、ダイサイズの大型化が進んできている。この
ような大型ダイを用いたフリップチップ型半導体装置で
は、毛細管現象を利用しても十分な薄膜侵入特性が得ら
れず、途中で止まり、未充填などがおきてしまうといっ
た問題がおきている。また、薄膜侵入特性を得るために
充填材料を減少させる処方が取られているが、膨張係数
が小さくなるため、半田リフロー時にダイと封止材にか
かる応力が増大し、封止材とダイ及び基板の界面で剥離
が生じたり、パッケージや封止材にクラックが入るとい
った問題がクローズアップされてきている。

【０００４】更に、毛細管現象を利用したアンダーフィ
ル材（以下、フローアンダーフィル材と呼ぶ）は、薄膜
侵入工程に工数がかかり、コストアップの原因ともなっ
ている。そこで、特許第２５８９２３９号では、半導体
素子を基板に接続する際に予めフラックスを混合したア
ンダーフィル材を滴下、その後、半田接続と同時にアン
ダーフィル材を硬化させる処方が提案されている。この
アセンブリ方法は、薄膜侵入工程を省き、大幅なコスト
ダウンに有効である。

【０００５】しかしながら、このようなフラックスを混
合したアンダーフィル材（以下、ノンフローアンダーフ
ィル材と呼ぶ）は、シリコンチップの表面、特に感光性
ポリイミド樹脂や窒化膜との密着性も不十分かつ半田リ
フロー時にクラックが発生したり、温度サイクルで剥
離、クラックが発生するために、信頼性の向上が強く半
導体業界より要求されている。このような現在のノンフ
ローアンダーフィル材としては、主剤に液状エポキシ樹
脂、硬化剤として無水フタル酸系の酸無水物やアミン硬
化剤が広く用いられている。しかし、無水フタル酸系の
酸無水物は吸湿しやすいため、硬化前では吸湿による粘
度上昇により侵入性がばらついたり途中でとまってしま
う現象が見られ、また、従来の酸無水物の未硬化物は容
易に水を取り込み、硬化後も加水分解が促進され、吸湿
により体積膨張が起こり、フリップチップ型半導体装置
などでは半田バンプとリード界面の抵抗値を増大させて
しまうというような信頼性の問題が生じている。更に添
加しているフラックス材、及びフラックスの主成分で
は、半田接続性は良好にもかかわらず、接続硬化時に多
量のボイドが発生したり、硬化性が劣ったり、基材に対
する密着性が低下するものが殆どであり、信頼性を満足
できる半導体装置を得るには至っていないのが現状であ
る。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、シリコンチップの表面、特に感光性ポリイミド樹脂
や窒化膜との密着性に優れた硬化物を与え、吸湿半田リ
フロー後においてもクラック、剥離がなく、その処理後
にＰＣＴ（１２０℃／２．１ａｔｍ）などの高温多湿の
条件下でも劣化せず、−６５℃／１５０℃の温度サイク
ルにおいて数百サイクルを超えても剥離、クラックが起
こらない半導体装置のノンフローアンダーフィル材とな
り得る液状エポキシ樹脂組成物、及びこのノンフローア
ンダーフィル材の硬化物で封止されたフリップチップ型
半導体装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結
果、（ａ）液状エポキシ樹脂、（ｂ）硬化剤、（ｃ）硬
化促進剤及び（ｄ）アビエチン酸及びその誘導体から選
ばれる１種又は２種以上の添加剤を必須成分とし、上記
（ｄ）成分の添加剤を、（ａ），（ｂ）成分の合計１０
０重量部に対して０．５〜５重量部配合して得られた液
状エポキシ樹脂組成物が、半導体素子を基板に接続する
際に、半田接続と同時にこの組成物を硬化させても、シ
リコンチップの表面、特に感光性ポリイミド樹脂や窒化
膜との密着性に優れ、ＰＣＴ（１２０℃／２．１ａｔ
ｍ）などの高温多湿の条件下でも劣化せず、熱衝撃に対
して優れており、特に大型ダイサイズの半導体装置の封
止材として有効であることを知見した。

【０００８】即ち、アビエチン酸及びその誘導体は、ア
ンダーフィル材の本来潜在する特性を劣化させず、かつ
半田接続と同時に硬化ができ、侵入工程を削減できる。
そして、この組成物の硬化物で封止されたフリップチッ
プ型半導体装置は、耐熱衝撃性に著しく優れ、高温多湿
下でも優れた特性を得ることが可能となり、特に大型ダ
イサイズの半導体装置のアンダーフィル材として有効で
あることを見出し、本発明をなすに至ったものである。

【０００９】従って、本発明は、（ａ）液状エポキシ樹脂（ｂ）硬化剤（ｃ）硬化促進剤（ｄ）アビエチン酸及びその誘導体から選ばれる１種又
は２種以上を必須成分とし、上記（ｄ）成分を（ａ），（ｂ）成分
の合計１００重量部に対して０．５〜５重量部含有する
ことを特徴とする液状エポキシ樹脂組成物を提供する。

【００１０】以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の半導体封止材（液状エポキシ樹脂組成物）にお
いて、（ａ）液状エポキシ樹脂としては、１分子中に２
個以上のエポキシ基があればいかなるものでも使用可能
であるが、特に、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビ
スフェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エ
ポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ク
レゾールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エ
ポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型
エポキシ樹脂、シクロペンタジエン型エポキシ樹脂など
が例示される。これらの中でも室温で液状のエポキシ樹
脂が望ましい。これらのエポキシ樹脂には、下記構造で
示されるエポキシ樹脂を浸入性に影響を及ぼさない範囲
で添加しても何ら問題はない。

【００１１】

【化２】

【００１２】上記液状エポキシ樹脂中の全塩素含有量
は、１５００ｐｐｍ以下、望ましくは１０００ｐｐｍ以
下であることが好ましい。また、１００℃で５０％エポ
キシ樹脂濃度における２０時間での抽出水塩素が１０ｐ
ｐｍ以下であることが好ましい。全塩素含有量が１５０
０ｐｐｍを超え、又は抽出水塩素が１０ｐｐｍを超える
と半導体素子の信頼性、特に耐湿性に悪影響を与えるお
それがある。

【００１３】本発明に使用する（ｂ）硬化剤は、特に限
定されるものではないが、酸無水物硬化剤が信頼性を向
上させるために有効である。酸無水物硬化剤としては、
例えば、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキ
サヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無
水メチルハイミック酸、ピロメリット酸二無水物、マレ
イン化アロオシメン、ベンゾフェノンテトラカルボン酸
二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラビス
ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、（３，４−
ジカルボキシフェニル）エーテル二無水物、ビス（３，
４−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、２，２−
ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水
物、３，４−ジメチル−６−（２−メチル−１−プロぺ
ニル）−１，２，３，６−テトラハイドロフタル酸及び
１−イソプロピル−４−メチル−バイサクロ［２．２．
２］オクト−５−エン−２，３−ジカルボン酸の混合物
などが挙げられる。

【００１４】本発明においては、特に、３，４−ジメチ
ル−６−（２−メチル−１−プロぺニル）−１，２，
３，６−テトラハイドロフタル酸及び１−イソプロピル
−４−メチル−バイサクロ［２．２．２］オクト−５−
エン−２，３−ジカルボン酸の混合物を使用することが
好ましい。なお、３，４−ジメチル−６−（２−メチル
−１−プロぺニル）−１，２，３，６−テトラハイドロ
フタル酸と、１−イソプロピル−４−メチル−バイサク
ロ［２．２．２］オクト−５−エン−２，３−ジカルボ
ン酸の混合比としては、前者が２０〜６０重量％、後者
が８０〜４０重量％（合計で１００重量％）であること
が望ましい。このような硬化剤としては、例えば、油化
シェルエポキシ社製のＹＨ３０６、ＹＨ３０７等が挙げ
られる。

【００１５】上記混合物の硬化剤中の配合割合として
は、硬化剤全体の５〜７５重量％、特に１５〜６５重量
％とすることが望ましい。５重量％未満では密着性が低
下し、ＰＣＴなどの高温多湿下において劣化する場合が
ある。７５重量％を超える量では密着性は向上するが、
熱衝撃試験などの試験においてクラックが発生する場合
がある。

【００１６】本発明において、上記以外の硬化剤として
は、特に制限されず、硬化性エポキシ樹脂組成物に用い
られる硬化剤全般を使用することができる。この硬化剤
として具体的には、上述した酸無水物全般、ジシアンジ
アミド、アジピン酸ヒドラジド、イソフタル酸ヒドラジ
ドなどのカルボン酸ヒドラジドなどが挙げられる。これ
らの中では、特にメチルテトラヒドロ無水フタル酸、メ
チルヘキサヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタ
ル酸が好ましく、従って、上記３，４−ジメチル−６−
（２−メチル−１−プロぺニル）−１，２，３，６−テ
トラハイドロフタル酸及び１−イソプロピル−４−メチ
ル−バイサクロ［２．２．２］オクト−５−エン−２，
３−ジカルボン酸の混合物は、メチルテトラヒドロ無水
フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸又はヘキサ
ヒドロ無水フタル酸と併用することが好ましい。

【００１７】なお、本発明に用いられる硬化剤の総配合
量は、エポキシ樹脂を硬化させる有効量であり、その種
類によって相違するが、上述した酸無水物を用いる場合
は、エポキシ樹脂中のエポキシ基に対して硬化剤中の酸
無水物基（−ＣＯ−Ｏ−ＣＯ−）から誘導されるカルボ
ン酸基のモル比を０．５〜１．５の範囲にすることが好
適である。０．５未満では硬化性が不十分であり、１．
５を超えると未反応の酸無水物が残存し、ガラス転移温
度の低下となるおそれがある。より好ましくは０．８〜
１．２の範囲にすることが好適である。あるいは、上記
と同様の理由により、エポキシ樹脂中のエポキシ基に対
して酸無水物中の酸無水物基のモル比が好ましくは０．
３〜０．７、より好ましくは０．４〜０．６の範囲とな
るように配合してもよい。

【００１８】本発明において、上記エポキシ樹脂の硬化
促進剤（反応促進剤）（ｃ）としては、イミダゾール化
合物や有機リン化合物等、特にイミダゾール化合物又は
有機リン化合物等を含有したマイクロカプセル触媒であ
って、平均粒径が０．５〜１０μｍであり、かつｏ−ク
レゾール中におけるマイクロカプセルからの触媒の溶出
量が３０℃、１５分でマイクロカプセル中に含まれる全
触媒量の７０重量％以上であるマイクロカプセル触媒を
用いることが好ましい。

【００１９】ここで、イミダゾール化合物としては、下
記一般式（１）で示されるものを使用することができ
る。

【化３】（Ｒ⁵、Ｒ⁶は−Ｈ、−ＣＨ₃、−Ｃ₂Ｈ₅、−ＣＨ₂ＯＨ又
は−Ｃ₆Ｈ₅であり、Ｒ⁷は−ＣＨ₃、−Ｃ₂Ｈ₅、−Ｃ
₆Ｈ₅、又はアリル基であり、Ｒ⁸は−Ｈ、−ＣＨ₃、−Ｃ
₂Ｈ₅、及び下記式（２）

【化４】で表される基から選ばれる基である。）

【００２０】イミダゾール化合物として、具体的には、
２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２
−ウンデシルイミダゾール、２，４−ジメチルイミダゾ
ール、２−ヘプタデシルイミダゾール、１，２−ジメチ
ルイミダゾール、１，２−ジエチルイミダゾール、２−
エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダ
ゾール、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール、１
−シアノエチル−２−メチルイミダゾール、１−シアノ
エチル−２−ウンデシルイミダゾール、１−ベンジル−
２−メチルイミダゾール、２，４−ジアミノ−６−
［２’−メチルイミダゾリル−（１）’］−エチル−Ｓ
−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２’−エチル
−４’−メチルイミダゾリル−（１）’］−エチル−Ｓ
−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２’−ウンデ
シルイミダゾリル］−エチル−Ｓ−トリアジン、２，４
−ジアミノ−６−［２’−メチルイミダゾリル−
（１）’］−エチル−Ｓ−トリアジンイソシアヌール酸
化付加物、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシ
メチルイミダゾール、２−フェニル−４，５−ジヒドロ
キシメチルイミダゾール、２−アリール−４，５−ジフ
ェニルイミダゾールなどが挙げられる。これらの中でも
２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、
１，２−ジメチルイミダゾール、１，２−ジエチルイミ
ダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−
ウンデシルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾー
ル及び２−フェニルイミダゾールが好ましい。

【００２１】有機リン系化合物としては、例えば、トリ
フェニルフォスフィン、トリブチルホスフィン、トリ
（ｐ−メチルフェニル）ホスフィン、トリ（ノニルフェ
ニル）ホスフィン、ジフェニルトリルフォスフィン等の
トリオルガノホスフィンとトリオルガノボランとの塩、
テトラフェニルフォスホニウム・テトラフェニルボレー
ト等のテトラオルガノホスホニウムとテトラオルガノボ
レートとの塩などが挙げられる。これらの中でも下記一
般式（３）、（４）及び（５）で示されるものが好まし
く、特に下記一般式（４）及び（５）で示されるものが
好ましい。

【００２２】

【化５】Ｒ¹Ｒ²Ｒ³Ｒ⁴ＰＳＣＮ（４）Ｒ¹Ｒ²Ｒ³Ｒ⁴Ｐ：ＢＲ¹Ｒ²Ｒ³Ｒ⁴ （５）（但し、Ｒ⁹は、水素原子又は炭素数１〜４のアルキル
基であり、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³、Ｒ⁴は、炭素数１〜２０の有
機基である。）

【００２３】ここで、式中のＲ⁹としては、好ましくは
水素原子又はメチル基である。Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³、Ｒ⁴の炭
素数１〜２０、特に１〜６の有機基としては、メチル
基、エチル基、プロピル基、ブチル基、メトキシ基、エ
トキシエチル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基、
イソプロペニル基等のアルケニル基、フェニル基等のア
リール基、アセチル基、プロピオニル基等や、これらの
炭化水素基の水素原子の一部又は全部を塩素、フッ素、
臭素等のハロゲン原子で置換したフロロメチル基、ブロ
モエチル基、トリフルオロプロピル基等のハロゲン置換
一価炭化水素基などが例示される。

【００２４】本発明で使用するマイクロカプセルは、
（メタ）アクリル系単量体、例えばアクリル酸エステ
ル、イタコン酸エステル、クロトン酸エステル等の炭素
数１〜８のアルキルエステルやこのアルキルエステルの
アルキル基がアリル基等の置換基を有するもの、また、
スチレン、α−メチルスチレン、アクリロニトリル、メ
タクリロニトリル、酢酸ビニル等の単官能性単量体及び
エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチ
レングリコールジ（メタ）アクリレート、ジビニルベン
ゼン、ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、メチ
レンビス（メタ）アクリルアミド等の多官能単量体のポ
リマー中に硬化触媒が閉じ込められたものである。な
お、上記ポリマーの中では、（メタ）アクリレート系単
量体の重合物が好ましい。

【００２５】本発明の上記イミダゾール化合物又は有機
リン化合物等の硬化触媒を含有するマイクロカプセルの
製造方法としては様々な方法が挙げられるが、生産性及
び球状度が高いマイクロカプセルを製造するためには、
通常懸濁重合法及び乳化重合法などの従来から公知の方
法で製造することができる。

【００２６】この場合、一般的に使用されている触媒の
分子構造から高濃度マイクロカプセル触媒を得るために
は、硬化触媒１０重量部に対して使用する上記単量体の
総量は１０〜２００重量部程度が好ましく、より好まし
くは１０〜１００重量部、更に好ましくは２０〜５０重
量部である。１０重量部未満では潜在性を十分に寄与す
ることが困難となることがあり、２００重量部を超える
と、触媒の比率が低くなり、十分な硬化性を得るために
は多量に使用しなければならなくなるため、経済的に不
利となる場合がある。

【００２７】このような方法で得られるマイクロカプセ
ルとしては、平均粒径が０．５〜１０μｍ、最大粒径が
５０μｍ以下のものを使用することが好ましい。より好
ましくは平均粒径が２〜５μｍ、かつ最大粒径が２０μ
ｍ以下のものが好ましい。硬化促進剤の粒径が小さすぎ
ると、比表面積が大きくなり、混合した時の粘度が高く
なるおそれがある。平均粒径が１０μｍを超えると、樹
脂への分散が不均一になり、信頼性の低下を引き起こす
おそれがある。

【００２８】また、上記マイクロカプセルとしては、下
記性能を有するものを使用することが好ましい。即ち、
硬化触媒を含有するマイクロカプセルを１ｇ秤量し、こ
れをｏ−クレゾール３０ｇに混合した後、３０℃で放置
し、溶出する触媒をガスクロマトグラフィーで定量した
場合、マイクロカプセルから溶出する触媒が３０℃、１
５分でマイクロカプセル中に含まれる全触媒量の７０重
量％以上であるものを用いる。７０重量％未満では、硬
化時間が長くかかるおそれがあり、生産性が低下する場
合がある。望ましくは、溶出量が７５重量％以上であ
る。

【００２９】上記本発明のマイクロカプセル型硬化促進
剤の配合量は、エポキシ樹脂１００重量部に対して０．
５〜１０重量部、特に１〜７重量部であることが好まし
い。０．５重量部未満では硬化性が低下するおそれがあ
り、１０重量部を超える量では硬化性に優れるが、半田
接続時に半田が溶融接続する前にアンダーフィル材が硬
化し、上手く半田接続がいかなかったり、保存性が低下
するおそれがある。

【００３０】また、硬化促進剤として、マイクロカプセ
ル化しない上述の触媒を上記マイクロカプセル触媒と併
用添加してもよい。その場合の配合量は、マイクロカプ
セル触媒としていない触媒の合計がエポキシ樹脂１００
重量部に対して０．１〜１０重量部、望ましくは０．３
〜７重量部であることが好ましい。０．１重量部未満で
は硬化性が低下するおそれがあり、１０重量部を超える
量では硬化性に優れるが半田接続時に半田が溶融接続す
る前にアンダーフィル材が硬化し、上手く半田接続がい
かなかったり、保存性が低下するおそれがある。

【００３１】更に、マイクロカプセル化しない上述の触
媒を単独で使用してもよい。その場合の配合量は、エポ
キシ樹脂１００重量部に対して０．１〜７重量部、望ま
しくは０．３〜５重量部である。０．１重量部未満では
硬化性が低下するおそれがあり、７重量部を超える量で
は硬化性に優れるが、半田接続時に半田が溶融接続する
前にアンダーフィル材が硬化し、上手く半田接続がいか
なかったり、保存性が低下するおそれがある。

【００３２】本発明の特徴的成分である（ｄ）半田接続
用のフラックスは、アビエチン酸及びその誘導体であ
る。アビエチン酸及びその誘導体としては、下記に示す
ものが挙げられる。なお、これらは１種を単独で、又は
２種以上を併用して用いることができる。

【化６】

【００３３】上記式（１）で示される添加剤の添加量
は、樹脂成分［（ａ），（ｂ）成分］の合計１００重量
部に対して０．５〜５重量部であり、好ましくは１〜３
重量部である。０．５重量部未満であると、硬化物特性
は問題ないが、半田接続に必要な酸化膜を除去できず、
十分なフラックス効果が得られない。一方、５重量部を
超える量になると半田接続性は問題ないが、硬化物特
性、特に硬化性、密着性が低下する。

【００３４】本発明の液状エポキシ樹脂組成物におい
て、上記添加剤の混合方法は、特に限定されるものでは
ないが、エポキシ樹脂、あるいは硬化剤と予め溶融混合
し、均一に分散させることが望ましい。

【００３５】一方、膨張係数を下げるため、無機質充填
剤を半田接続の妨げにならない程度用いてもよい。無機
質充填剤としては、従来より知られている各種の無機質
充填剤を添加することができる。具体的に無機質充填剤
としては、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、ボロン
ナイトライド、チッカアルミ、チッカ珪素、マグネシ
ア、マグネシウムシリケート、アルミニウムなどが挙げ
られる。中でも真球状の溶融シリカが低粘度化のため望
ましい。上記無機質充填剤の粒径の大きさとしては、フ
リップチップギャップ幅（基板と半導体チップとの隙
間）に対して平均粒径が約１／１０以下、最大粒径が１
／２以下のものが好ましい。

【００３６】無機質充填剤の配合量としては、エポキシ
樹脂１００重量部に対して５０〜４００重量部で配合す
ることが好ましく、望ましくは１００〜２５０重量部の
範囲で配合することが好ましい。５０重量部未満では、
膨張係数が大きく、冷熱試験においてクラックの発生を
誘発させるおそれがある。４００重量部を超えると、粘
度が高くなったり、半田接続時に半田と基板の間に入
り、抵抗値の増大による導電性の低下をもたらすおそれ
がある。

【００３７】本発明のエポキシ樹脂組成物には、応力を
低下させる目的でシリコーンゴム、シリコーンオイルや
液状のポリブタジエンゴム、メタクリル酸メチル−ブタ
ジエン−スチレンよりなる熱可塑性樹脂などを配合して
もよい。好ましくは、アルケニル基含有エポキシ樹脂又
はフェノール樹脂のアルケニル基と下記平均組成式
（６）で示される１分子中の珪素原子の数が２０〜４０
０であり、ＳｉＨ基の数が１〜５であるオルガノポリシ
ロキサンのＳｉＨ基との付加反応により得られる共重合
体を配合することが好ましい。Ｈ_aＲ_bＳｉＯ_(4-a-b)/2 （６）（但し、式中Ｒは置換又は非置換の一価の炭化水素基、
ａは０．０１〜０．１、ｂは１．８〜２．２、１．８１
≦ａ＋ｂ≦２．３である。）

【００３８】なお、Ｒの一価炭化水素基としては、炭素
数１〜１０、特に１〜８のものが好ましく、メチル基、
エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イ
ソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ヘキシル基、オクチ
ル基、デシル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基、
プロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基等のアルケニ
ル基、フェニル基、キシリル基、トリル基等のアリール
基、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル
基等のアラルキル基などや、これらの炭化水素基の水素
原子の一部又は全部を塩素、フッ素、臭素等のハロゲン
原子で置換したフロロメチル基、ブロモエチル基、トリ
フルオロプロピル基等のハロゲン置換一価炭化水素基を
挙げることができる。

【００３９】上記共重合体としては、中でも下記構造の
ものが望ましい。

【化７】

【００４０】上記式中、Ｒは上記と同じであり、Ｒ¹⁰は
水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基であり、Ｒ¹¹は
−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂−、−ＯＣＨ₂−ＣＨ（ＯＨ）−ＣＨ
₂−Ｏ−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂−又は−Ｏ−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂
−である。ｎは４〜１９９、好ましくは１９〜９９の整
数、ｐは１〜１０の整数、ｑは１〜１０の整数である。

【００４１】上記共重合体をジオルガノポリシロキサン
単位がエポキシ樹脂１００重量部に対して０〜２０重量
部、特には２〜１５重量部含まれるように配合すること
で応力をより一層低下させることができる。

【００４２】本発明のエポキシ樹脂組成物には、更に必
要に応じ、接着向上用炭素官能性シラン、カーボンブラ
ックなどの顔料、染料、酸化防止剤、表面処理剤（γ−
グリシドキシプロピルトリメトキシシランなど）、その
他の添加剤を本発明の目的を損なわない範囲で配合する
ことができる。

【００４３】本発明のエポキシ樹脂組成物は、例えば、
（ａ）エポキシ樹脂、（ｂ）硬化剤、（ｃ）硬化促進
剤、（ｄ）添加剤及びその他の成分を同時に又は別々
に、必要により加熱処理を加えながら撹拌、溶解、混
合、分散させることにより得ることができる。これらの
混合、撹拌、分散等の装置としては、特に限定されるも
のではないが、撹拌、加熱装置を備えたライカイ機、３
本ロール、ボールミル、プラネタリーミキサー等を用い
ることができる。またこれら装置を適宜組み合わせて使
用してもよい。

【００４４】なお、本発明において、封止材として用い
る液状エポキシ樹脂組成物の粘度は、２５℃において１
０，０００ポイズ以下、特に１００〜８，０００ポイズ
のものが好ましい。また、この組成物の成形方法、成形
条件は、常法とすることができるが、好ましくは、先に
１００〜１２０℃、０．５時間以上、その後１５０℃、
０．５時間以上の条件で熱オーブンキュアを行う。１０
０〜１２０℃での加熱が０．５時間未満では、硬化後に
ボイドが発生する場合がある。１５０℃での加熱が０．
５時間未満では、十分な硬化物特性が得られない場合が
ある。

【００４５】ここで、本発明に用いるフリップチップ型
半導体装置としては、例えば図１に示したように、通常
有機基板１の配線パターン面に複数個のバンプ２を介し
て半導体チップ３が搭載されているものであり、上記有
機基板１と半導体チップ３との隙間（バンプ２間の隙
間）にアンダーフィル材４が充填され、その側部がフィ
レット材５で封止されたものとすることができる。

【００４６】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示して本発明を詳
細に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるも
のではない。

【００４７】［実施例１〜４、比較例１〜５］表１で示
す成分を３本ロールで均一に混練することにより、９種
の樹脂組成物を得た。これらの樹脂組成物を用いて、以
下に示す試験を行った。その結果を表１に示す。

【００４８】［粘度］ＢＨ型回転粘度計を用いて４ｒｐ
ｍの回転数で２５℃における粘度を測定した。［ゲル化時間］組成物のゲル化時間を１５０℃の熱板上
で測定した。［Ｔｇ（ガラス転移温度）、ＣＴＥ１（膨張係数）、Ｃ
ＴＥ２（膨張係数）］５ｍｍ×５ｍｍ×１５ｍｍの硬化
物試験片を用いて、ＴＭＡ（熱機械分析装置）により毎
分５℃の速さで昇温した時のＴｇを測定した。また、以
下の温度範囲の膨張係数を測定した。ＣＴＥ１の温度範
囲は５０〜８０℃、ＣＴＥ２の温度範囲は２００〜２３
０℃である。［導電テスト］直径２００μｍの半田ボールが数個接続
された１０ｍｍ×１０ｍｍの銅板を、アンダーフィル材
を１００μｍ厚で被膜した銅板上にのせ、最大温度２０
０℃に設定したＩＲリフローで処理した後、銅板と銅板
が導電通しているかを確認した。［接着力テスト］感光性ポリイミドをコートしたシリコ
ンチップ上に上面の直径２ｍｍ、下面の直径５ｍｍ、高
さ３ｍｍの円錐台形状の試験片を載せ、１５０℃で３時
間硬化させた。硬化後、得られた試験片の剪断接着力を
測定し、初期値とした。更に、硬化させた試験片をＰＣ
Ｔ（１２１℃／２．１ａｔｍ）で１６８時間吸湿させた
後、接着力を測定した。いずれの場合も試験片の個数は
５個で行い、その平均値を接着力として表記した。［ＰＣＴ剥離テスト］フリップチップボンダーを用いて
ポリイミドコートした１０ｍｍ×１０ｍｍのシリコンチ
ップ（半田ボール設置済み）を３０ｍｍ×３０ｍｍのＢ
Ｔ基板上に滴下したノンフローアンダーフィル材の上に
接続し、ＩＲリフロー最高温度２４０℃で半田ボール接
続とノンフローアンダーフィル材を硬化させ、更に１５
０℃で３時間硬化させてテストサンプルを作製した。こ
のテストサンプルをＰＣＴ（１２１℃、２．１ａｔｍ）
の環境下に置き、１６８時間後の剥離をＣ−ＳＡＭ（Ｓ
ＯＮＩＸ社製）で確認した。［熱衝撃テスト］フリップチップボンダーを用いてポリ
イミドコートした１０ｍｍ×１０ｍｍのシリコンチップ
（半田ボール設置済み）を３０ｍｍ×３０ｍｍのＢＴ基
板上に滴下したノンフローアンダーフィル材の上に接続
し、ＩＲリフロー最高温度２４０℃で半田ボール接続と
ノンフローアンダーフィル材を硬化させ、更に１５０℃
で３時間硬化させてテストサンプルを作製した。このテ
ストサンプルを、−６５℃／３０分、１５０℃／３０分
を１サイクルとし、２５０，５００，７５０サイクル後
の剥離、クラックを確認した。

【００４９】

【表１】

【００５０】成分：ＲＥ３０３Ｓ−Ｌ：ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂
（日本化薬製）ＭＨ７００：メチルテトラヒドロ無水フタル酸（新日本
理化製）ＹＨ３０７：３，４−ジメチル−６−（２−メチル−１
−プロぺニル）−１，２，３，６−テトラハイドロフタ
ル酸及び１−イソプロピル−４−メチル−バイサクロ
［２．２．２］オクト−５−エン−２，３−ジカルボン
酸の混合物（混合比率＝６：４）（油化シェルエポキシ
製）ＳＥ８ＦＣ：最大粒径２４μｍ以下、平均粒径６μｍの
球状シリカ（徳山ソーダ製）キュアゾールＣ₁₁Ｚ−ＰＷ：２−ウンデシルイミダゾー
ル（四国化成製）２Ｅ４ＭＺのマイクロカプセル：２Ｅ４ＭＺ（２−エチ
ル−４−メチルイミダゾール、四国化成製）を２０重量
％含有したメタクリル酸メチルの重合体，平均粒径が７
μｍ，ｏ−クレゾール中で３０℃、１５分間の処理でマ
イクロカプセルから溶出する触媒の量は８７重量％

【００５１】共重合体：

【化８】

【００５２】

【発明の効果】本発明の液状エポキシ樹脂組成物は、半
導体素子を基板に接続する際に、半田接続と同時に硬化
させても、ボイドの発生がなく、シリコンチップの表
面、特に感光性ポリイミド樹脂や窒化膜との密着性に優
れ、ＰＣＴ（１２０℃／２．１ａｔｍ）などの高温多湿
の条件下でも劣化せず、熱衝撃に対して優れており、特
に大型ダイサイズの半導体装置の封止材として有効であ
り、この封止材を用いた半導体装置は非常に信頼性の高
いものである。

【００５３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の封止材を用いたフリップチップ型半導
体装置の一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１有機基板２バンプ３半導体チップ４アンダーフィル材５フィレット材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者桑原治由群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料技術研究所内 (72)発明者本田剛群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料技術研究所内 (72)発明者塩原利夫群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料技術研究所内Ｆターム(参考） 4J002 CD001 CD021 CD041 CD051 CD061 EF086 GQ05 4J036 AA01 AF06 DA01 DA02 FA10 JA07 4M109 AA01 EA02 EB02 EB04 EC01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）液状エポキシ樹脂（ｂ）硬化剤（ｃ）硬化促進剤（ｄ）アビエチン酸及びその誘導体から選ばれる１種又
は２種以上を必須成分とし、上記（ｄ）成分を（ａ），（ｂ）成分
の合計１００重量部に対して０．５〜５重量部含有する
ことを特徴とする液状エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】（ｄ）成分が、下記式で表される構造体
から選ばれるものである請求項１記載の液状エポキシ樹
脂組成物。【化１】
【請求項３】上記硬化剤として、３，４−ジメチル−
６−（２−メチル−１−プロぺニル）−１，２，３，６
−テトラハイドロフタル酸及び１−イソプロピル−４−
メチル−バイサクロ［２．２．２］オクト−５−エン−
２，３−ジカルボン酸の混合物を硬化剤全体の５〜７５
重量％含有することを特徴とする請求項１又は２記載の
液状エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】上記硬化剤が、３，４−ジメチル−６−
（２−メチル−１−プロぺニル）−１，２，３，６−テ
トラハイドロフタル酸及び１−イソプロピル−４−メチ
ル−バイサクロ［２．２．２］オクト−５−エン−２，
３−ジカルボン酸の混合物と、メチルテトラヒドロ無水
フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸又はヘキサ
ヒドロ無水フタル酸とを併用するものである請求項３記
載の液状エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】上記硬化促進剤が、イミダゾール化合物
又は有機リン化合物である請求項１乃至４のいずれか１
項に記載の液状エポキシ樹脂組成物。
【請求項６】上記イミダゾール化合物が、２−メチル
イミダゾール、２−エチルイミダゾール、１，２−ジメ
チルイミダゾール、１，２−ジエチルイミダゾール、２
−エチル−４−メチルイミダゾール、２−ウンデシルイ
ミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール又は２−フ
ェニルイミダゾールである請求項５記載の液状エポキシ
樹脂組成物。
【請求項７】上記有機リン化合物が、下記式（４）又
は（５）Ｒ¹Ｒ²Ｒ³Ｒ⁴ＰＳＣＮ（４）Ｒ¹Ｒ²Ｒ³Ｒ⁴Ｐ：ＢＲ¹Ｒ²Ｒ³Ｒ⁴ （５）（但し、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³、Ｒ⁴は、炭素数１〜２０の有機
基である。）で表されるものである請求項５記載の液状
エポキシ樹脂組成物。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれか１項に記載の
液状エポキシ樹脂組成物で半田接続と同時に封止、熱硬
化されたフリップチップ型半導体装置。